熱燜鋼渣水硬性及安定性研究.pdf

1、鋼渣是鋼鐵冶煉過程中產(chǎn)生的固體廢棄物，其礦物組成以硅酸鹽相為主。由于不同鋼鐵廠煉鋼原料的多樣性以及鋼渣冷卻工藝的差異性，導(dǎo)致鋼渣成分多變，性能不穩(wěn)定，因此鋼渣的綜合利用率很低。目前，部分鋼渣經(jīng)長期陳化后作為水泥基混凝土集料、瀝青基混凝土集料以及道路回填料使用，但是這種利用模式未發(fā)揮鋼渣中硅酸鹽相的水硬性，而且鋼渣集料在長期使用過程中若發(fā)生水化反應(yīng)，會造成硬化混凝土局部體積變化和開裂，降低混凝土耐久性。此外，轉(zhuǎn)爐鋼渣占我國鋼渣總排放量的7

2、0％，堿度高，水化活性優(yōu)良，更適合用作水泥活性摻和料。本文從我國基本國情出發(fā)，以鋼渣作為水泥活性摻和料為目的，研究高堿度熱燜轉(zhuǎn)爐鋼渣水硬膠凝性，鋼渣活性激發(fā)機理，鋼渣與水泥、礦渣、硅灰等礦物摻和料復(fù)合水化性質(zhì)以及鋼渣的安定性，主要結(jié)論如下:
　　鋼渣的化學(xué)組成和冷卻方式?jīng)Q定其礦物組成，熱燜轉(zhuǎn)爐鋼渣主要礦物相包含硅酸三鈣(C3S)，硅酸二鈣(C2S)，鐵鋁酸鈣，CaO-MgO-FeO-MnO二價金屬氧化物固溶體（RO相），F(xiàn)e3O4

3、等。其中，水化活性較高的硅酸鹽相以C2S為主，因此鋼渣早期水化活性較水泥低;但是從水化齡期7 day(d)開始，鋼渣水化速率逐漸超過水泥，360 d化學(xué)結(jié)合水量達到16.2％，其活性主要體現(xiàn)在水化中后期。
　　堿性養(yǎng)護和高溫養(yǎng)護均可以激發(fā)鋼渣早期的水化活性，但同時都會降低鋼渣后期的水化程度;其中以高溫養(yǎng)護對鋼渣早期水化激發(fā)作用大，但對后期水化阻礙作用也更大。堿性養(yǎng)護提高了鋼渣水化360 d硬化漿體內(nèi)部多害孔的數(shù)量，漿體360 d的

4、抗壓強度較普通養(yǎng)護降低了1.8 MPa;而高溫養(yǎng)護提高了鋼渣水化產(chǎn)物中Ca(OH)2(CH)在(001)晶面取向度，且28 d CH含量達到12.87％，破壞硬化漿體結(jié)構(gòu)。
　　鋼渣水泥復(fù)合膠凝材料水化研究表明，鋼渣和水泥水化過程相對獨立，二者復(fù)合水化作用不明顯;鋼渣摻入水泥內(nèi)，起到稀釋水泥的作用，降低了復(fù)合材料早期水化孔隙液中Ca2+濃度，延長了水化誘導(dǎo)期，降低了水化熱。摻30％鋼渣的復(fù)合膠凝材料硬化漿體孔徑結(jié)構(gòu)較水泥漿體差，水

5、化90 d總孔隙率由0.0693 ml/g增加至0.0911 ml/g;且砂漿試塊界面結(jié)構(gòu)中CH含量高，不利于其強度發(fā)展。
　　堿性激發(fā)劑對鋼渣水泥復(fù)合膠凝材料活性激發(fā)作用不明顯，鋼渣的礦物以晶相為主，玻璃相成分含量低;外加堿很難激發(fā)鋼渣晶相礦物，反而使復(fù)合材料硬化漿體泛堿，降低砂漿各齡期強度。而適量二水石膏摻入，可與鋼渣中鋁酸鹽水化生成鈣礬石(AFt)，提高鋼渣水泥復(fù)合膠凝材料強度。
　　礦物摻和料硅灰可與鋼渣水泥復(fù)合材料

6、中硅酸鹽水化產(chǎn)物CH發(fā)生火山灰反應(yīng)，提高了漿體內(nèi)水化硅酸鈣(CSH)凝膠的含量，并降低了砂漿界面處CH含量，優(yōu)化界面結(jié)構(gòu)，提高砂漿強度;但硅灰火山灰反應(yīng)速率較慢，對鋼渣水泥復(fù)合膠凝材料早期強度提高作用有限。納米二氧化硅(NS)與硅灰相比，具備顆粒粒徑更加細小的特點，在鋼渣水泥復(fù)合材料水化早期便發(fā)揮了極高的火山灰效應(yīng)，大幅提高了砂漿早期強度，摻5％ NS的鋼渣水泥復(fù)合材料3d抗壓強度提高了48.5％。
　　鋼渣礦渣復(fù)合材料水化機理研

7、究表明，高堿度轉(zhuǎn)爐鋼渣水化產(chǎn)生的堿性液相環(huán)境可以激發(fā)礦渣的活性，鋼渣和礦渣復(fù)合水化具有次第水化效應(yīng);礦渣的摻入優(yōu)化了鋼渣凈漿試塊的孔徑結(jié)構(gòu)，硬化漿體水化90 d總孔隙率由0.2123 ml/g降低至0.1791 ml/g，提高了漿體的密實度。
　　準(zhǔn)確測定鋼渣中游離氧化鈣(f-CaO)和活性氧化鎂含量對預(yù)測鋼渣安定性尤為重要。乙二醇法可測定鋼渣中游離總鈣（CH和f-CaO總量）含量，再通過熱重分析鋼渣中CH含量，可得到f-CaO的